DVB (Digital Video Broadcasting) Consorzio europeo che raccoglie oggi più di 300 società dei diversi settori dell’industria televisiva europea e vari organismi.

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1 DVB (Digital Video Broadcasting) Consorzio europeo che raccoglie oggi più di 300 società dei diversi settori dell’industria televisiva europea e vari organismi internazionali di normativa. Lo standard DVB stabilisce l’insieme delle norme tecniche di riferimento che fissano le modalità operative per la distribuzione e la ricezione di segnali televisivi digitali e per la realizzazione di servizi multimediali; i suoi standard sono adottati nell’intero contesto internazionale.

2 Analogico & Digitale Sistema di trasmissione del segnale audio e video mediante un algoritmo numerico di compressione (MPEG) adottato da uno standard di riferimento (DVB-T), trasmesso via etere tra un ripetitore e l’altro, fino a giungere nella nostra antenna di casa. TELEVISIONE DIGITALE TERRESTRE Segnale Televisivo Analogico Digitale Satellite (DVB-S) Cavo (DVB-C) Terrestre (DVB-T) Satellite Terrestre

3 La Televisione Digitale Terrestre Maggiore Qualità Multicanalità Multimedialità e Interattività bidirezionale Minore potenza d’emissione degli impianti di trasmissione. Principali Vantaggi La Catena del Valore della TV Digitale Terrestre

4 Il Ricevitore DVB-T (Set-Top Box) Il segnale televisivo digitale terrestre dovrà sostituire completamente quello analogico (switch off) entro il 31 Dicembre 2006 (Legge n. 66 del 20 marzo 2001). Diventa fondamentale per l’utente la disponibilità dei dispositivi necessari alla ricezione del segnale DVB-T, noti commercialmente come Set Top Box (STB).

5 DVB-T: caratteristiche generali Il sistema DVB-T è basato sull’adozione degli standard MPEG-2 per la codifica del segnale audio/video di sorgente e per la multiplazione. È stato sviluppato per la trasmissione di segnali televisivi multi- programma a definizione convenzionale nel formato MPEG-2, ma è aperto all’evoluzione verso l’alta definizione (HDTV) mediante l’uso di livelli e profili MPEG-2 più elevati. È stato progettato (in termini principalmente di modulazione digitale e codifica di canale per la correzione degli errori di trasmissione) per fornire la massima comunanza con i sistemi via satellite e cavo ed, al contempo, garantire le migliori prestazioni nella diffusione del segnale sui canali televisivi terrestri.

6 Diagramma a blocchi funzionale del sistema di trasmissione DVB-T

7 Differenze tra gli standard DVB-T, DVB-S e DVB-C Molti elementi sono comuni nei sistemi DVB-T e DVB-S. Essi includono: la struttura di trama (derivata dal Multiplatore di Trasporto MPEG-2), la dispersione dell’energia del segnale per uniformare la distribuzione spettrale all’interno del canale RF, una sofisticata tecnica di protezione dagli errori tramite concatenazione di un codice esterno con un codice interno a tasso di codifica variabile mediante processo di interlacciamento. Il sistema DVB-C non include l’interlacciatore e il codice interno; è tuttavia previsto l’impiego nel ricevitore di un equalizzatore adattativo degli echi che possono essere presenti nella rete in cavo.

8 Tipi di modulazione nei sistemi DVB-T, DVB-S e DVB-C Il canale via satellite è fondamentalmente non lineare, a larga banda e limitato in potenza: pertanto la modulazione QPSK a singola portante adottata nel sistema DVB-S risulta idonea allo scopo. Le reti via cavo sono caratterizzate invece da distorsioni lineari causate dal disadattamento della rete e, sebbene non limitate in potenza, sono soggette a limitazioni di banda: sono quindi usate modulazioni M-QAM a singola portante e ad elevata efficienza spettrale. Il canale terrestre è caratterizzato da propagazione multi- cammino, dovuta alle riflessioni, che può degradare pesantemente il segnale trasmesso: è stata quindi scelta la modulazione multiportante COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), già adottata con successo nel DAB (Digital Audio Broadcasting).

9 DVB-T: caratteristiche del canale Le problematiche legate agli echi naturali dell’ordine di alcuni microsecondi dovuti all’orografia del terreno, o agli echi artificiali dell’ordine di centinaia di microsecondi dovuti ai segnali provenienti dai vari trasmettitori isofrequenziali presenti nelle reti SFN, non possono essere affrontate con tecniche di modulazione a portante singola: richiederebbero l’impiego di equalizzatori molto lunghi e complessi.

10 DVB-T: la modulazione OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) è una tecnica di modulazione che consente di trasmettere alti data rate su canali fortemente ostili, con una complessità di implementazione relativamente bassa. Essa è stata scelta per i sistemi di broadcasting digitale audio (DAB, Digital Audio Broadcasting) e video terrestre (DVB-T, Digital Video Broadcasting - Terrestrial). La modulazione OFDM si basa su un approccio a portante multipla, in quanto consente di trasmettere elevati bit rate senza che l’ISI degradi la qualità della trasmissione. Il flusso binario originale, di rate pari ad R, viene diviso in N flussi paralleli, ognuno di rate Rmc = 1/Tmc = R/N. Ciascun flusso modula una diversa portante, e il segnale risultante, somma dei singoli segnali, viene trasmesso sulla stessa banda. Il ricevitore, in via del tutto generica, consiste in N percorsi paralleli. La maggiore distanza tra i simboli trasmessi su una medesima portante consente una significativa riduzione dell’ISI.

11 DVB-T: la modulazione OFDM Il sistema di modulazione OFDM sfrutta un approccio a portante multipla, in quanto consente di trasmettere elevati bit rate senza che l’ISI degradi la qualità della trasmissione.

12 DVB-T: la modulazione OFDM Lo spettro disponibile viene ripartito tra numerose (sotto)portanti, tra loro ortogonali, ognuna delle quali viene modulata con uno stream a basso rate.

13 DVB-T: la modulazione OFDM La sovrapposizione parziale tra le varie sottobande, propria dell’OFDM, garantisce un’efficienza spettrale molto migliore di quella tipica di un sistema FDM (Frequency Division Multiplexing). Le varie sottobande hanno un’estensione molto inferiore alla banda del mezzo trasmissivo, per cui la risposta in frequenza di quest’ultimo può essere, in molti casi, ritenuta piatta per ognuna di esse.

14 DVB-T: la modulazione OFDM Gli impulsi, g(t), scelti per la modulazione sono rettangolari, per cui lo spettro associato ad ogni sottoportante risulta di tipo sinc(.).

15 DVB-T: la modulazione OFDM Lo spettro del segnale OFDM è dato, quindi, dalla sovrapposizione delle funzioni sinc(.) associate alle diverse sottoportanti. Spettro teoricoSpettro reale

16 DVB-T: la modulazione OFDM Il sistema può apparentemente presentare una difficoltà: la trasmissione di un elevatissimo numero di portanti. Se si ragionasse in modo classico, occorrerebbero, sia nel trasmettitore sia nel ricevitore, molti oscillatori tra di loro sincronizzati. In realtà, il segnale OFDM (nello specifico, la multiplazione) viene costruito tramite un noto algoritmo di elaborazione numerica: la IFFT. La demultiplazione in ricezione avviene, di conseguenza, mediante FFT.

17 DVB-T: la modulazione OFDM Segnale OFDM in banda base, x(t): Trasformata di Fourier, F n (f), della frame multicanale f n (t): Le frequenze delle sottoportanti sono spaziate dell’inverso del periodo di simbolo: il valore minimo che assicura ortogonalità e, al contempo, massima efficienza spettrale È possibile assumere una banda (bilatera) circa pari a 2W = N/T, per N>>1.

18 DVB-T: la modulazione OFDM Per il teorema del campionamento, il segnale f n (t) è ben approssimato dai suoi campioni presi con passo T c = 1/(2W) = T/N. Essendo il segnale f n (t) identicamente nullo all’esterno dell’intervallo [nT, (n+1)T ], si avranno solo N campioni diversi da zero, negli istanti nT+kT c, k = 0, 1,..,N -1. dove

19 DVB-T: la modulazione OFDM E’, quindi, possibile generare una versione ben approssimata del segnale OFDM a radiofrequenza considerando la IFFT dei simboli a i (n), effettuando una conversione parallelo/serie per ottenere le forme d’onda I/Q, e utilizzando tali forme d’onda come ingressi al modulatore.

20 DVB-T: la modulazione OFDM Gli effetti dovuti alla risposta impulsiva del canale sono mitigati mediante l’introduzione di un opportuno tempo di guardia. L’intervallo di simbolo T viene diviso in due parti: la prima, di lunghezza T g, rappresenta il tempo di guardia, la seconda, di durata T u, rappresenta il tempo per la trasmissione utile. Ovviamente, risulta T = T g + T u. La spaziatura tra le portanti diventa 1/T u : la banda del segnale aumenta perchè aumenta la spaziatura tra le portanti; l’energia a disposizione per la rivelazione si riduce, perché una parte viene spesa per la trasmissione durante l’intervallo di guardia. Per un sistema implementato mediante FFT, l’introduzione del tempo di guardia si effettua utilizzando il cosiddetto prefisso ciclico.

21 DVB-T: la modulazione OFDM

22 Per un sistema implementato mediante FFT, l’introduzione del tempo di guardia si effettua utilizzando il cosiddetto prefisso ciclico. È importante che al ricevitore la convoluzione lineare tra la risposta impulsiva del canale ed il segnale trasmesso “appaia” come circolare. All’uopo è sufficiente premettere ai simboli forniti dalla IFFT la copia degli ultimi L ≤ N simboli, che costituiscono il cosiddetto prefisso ciclico. La sequenza trasmessa “appare”, quindi, periodica, e la convoluzione lineare dovuta all’effetto del canale può essere ritenuta circolare.

23 DVB-T: distribuzione delle portanti Il canale è suddiviso in celle tempo-frequenza. Le varie sottoportanti sono tra loro ortogonali per evitare interferenza inter-portanti (ICI).

24 DVB-T: distribuzione delle portanti Viene inserito l’intervallo di guardia per evitare interferenza inter-simbolica, sacrificando parte della capacità.

25 DVB-T: distribuzione delle portanti Vengono inserite sottoportanti di sincronizzazione per favorire la ricezione, sacrificando parte della capacità.

26 DVB-T: distribuzione delle portanti Si crea diversità in frequenza per migliorare la robustezza al fading selettivo.

27 DVB: Modulation Error Ratio (MER) Indice sintetico della qualità della modulazione del segnale trasmesso. (I j, Q j ) sono le coordinate nominali del simbolo trasmesso e (dI j, dQ j ) sono le componenti del relativo vettore errore.

28 DVB: System Target Error (STE) Indice sintetico della distorsione del diagramma di costellazione. Per ciascuno degli M simboli della costellazione si calcola il vettore distanza (d i ) tra la posizione ideale e quella corrispondente al centro della nuvola relativa al simbolo in esame. Tale vettore è chiamato Target Error Vector. dove

29 DVB: Amplitude Imbalance (AI) Figura di merito per quantificare lo sbilanciamento tra i guadagni dei due rami del modulatore I/Q. dove

30 DVB: Quadrature Error (QE) Indice che quantifica la mancanza di ortogonalità tra le due portanti nel modulatore I/Q. Dopo aver eliminato gli effetti di altri impairments:

31 DVB: Phase Jitter (PJ) Fornisce indicazioni sulle fluttuazioni di fase e/o di frequenza dell’oscillatore utilizzato in trasmissione. misurati nominali